Трехфазный инвертор тока Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА

I

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может найти применение в низковольтных преобразователях постоянного напряжения в переменное.

Для преобразования низкого постоянного напряжения (например, менее 100 В) в трехфазное переменное напряжение стабильной частоты применяются трехфазные автономные инверторы тока, выполненные на основе двух вентильных обмоток и шести тиристоров, работающих в параллель по инвертируемому току. Это обеспечивает им пониженные коммутационные потери и повышенный КПД.

Известные инверторы тока выполнены на основе трехфазных трансформаторов, две вентильные обмотки которых соединены в прямые звезды, нулевые точки которых подключены к входным зажимам инвертора, а концы одной из них связаны со смежными по фазе двумя концами другой обмотки через тиристоры, включенные в прямом направлении. Эти схемы обеспечивают шеститактный режим инвертирования разности фазных напряжений вентильных, обмоток трансформатора (в режиме ведомого сетью

инвертора) с проводимостью каждого- из тиристоров по 60 эл. град 1.

Для обеспечения такому инвертору условий работы в режиме .автономного, независимого инвертора тока, в них устанавливают коммутирующие конденсаторы либо на вентильной, либо на сетевой стороне трансформатора и Соединяют их между собой в звезду или,,; треугольник. Установка коммутирующих конденсаторов позволяет реализовать в них емкостную ускусствен0 ную коммутацию тиристоров 2.

Для стабилизации и неглубокого регулирования выходного напряжения инвертора в них устанавливают дополнительные обратные вентили-диоды или тиристоры, подключенные между концами входных дросселей

5 и концами противолежащих вентильных обмоток трансформатора. Эти вентили обеспечивают сброс избыточной реактивной энергии коммутирующих конденсаторов в постоянную сеть.

Недостатком известных инверторов тока являются мягкая внешняя характеристика, ограниченные регулировочные возможности и. пониженный КПД в широком диапазоне регулирования. Наиболее близким является трехфазный инвертор тока, содержащий трехобмоточный трансформатор с сетевой и двумя вентильными обмотками, соединенными в прямые звезды, нулевые точки которых подключены через секции дросселей к его входным зажимам, а концы одной обмотки связаны с двумя смежными по фазе концами другой обмотки через инвертирующие тиристоры, а также коммутирующие конденсаторы и дополнительные выпрямительные тиристоры, связывающие свободные выводы дросселей с концами противолежащих вентильных обмоток трансформатора 3. В этом инверторе инвертирующие тиристоры переключаются поочередно через каждые 60 эл. град, с длительностью их проводящего состояния по 60 эл. град. Запирание проводивщего ток тиристора происходит за счет энергии коммутирующих конденсаторов при отпирании очередного тиристора. При уменьщении тока нагрузки происходит увеличение реактивной энергии, накапливаемой в конденсаторах, а, соответственно, и увеличение выходного напряжения инвертора. Однако, выпрямительные обратные вентили, например диоды, обеспечивают стабилизацию выходного напряжения за счет отвода избыточной энергии от коммутирующих конденсаторов в цепь источника питания. Применение же в качестве вентилей тиристоров позволяет даже регулировать выходное напряжение в ограниченном диапазоне. Недостатком известного устройства являются ограниченные регулировочные возможности, а также пониженный КПД при щироком диапазоне изменения параметров нагрузки и входного напряжения за счет циркуляции избыточной энергии в цепях инвертора. Цель изобретения - повыщения КПД и расщирение диапазона регулирования. Для достижения поставленной цели в инверторе, содержащем трансформатор с сетевой и двумя вентильными обмотками, соединенными в две звезды, нулевые точки каждой из которых подключены к одним концам фильтровых дросселей, выполненных каждый с отпайкой, подключенной к соответствующему входному выводу, а выводы каждой фазы вентильных обмоток через дополнительные вентили соединены с другими концами соответствующих фильтровых дросселей, причем выводы каждой фазы первой вентильной обмотки связаны через силовые тиристоры, включенные в прямом направлении, с выводами двух разноименных фаз второй вентильной обмотки, а также коммутирующие конденсаторы, подключенные к сетевой обмотке, в качестве допол.нительных вентилей использованы дополнительные тиристоры, а выводы фаз вентильных обмоток подключены через указанные дополнительные тиристоры к другому концу прилежащего фильтрового дросселя. На фиг. 1 приведена принципиальная схема инвертора; на фиг. 2а, б, в, г - диаграммы его работы. Инвертор содержит трансформатор 1, фильтровые дроссели 2 и 3, силовые тиристоры 4-9, дополнительные тиристоры 10- 15 и конденсаторы 16-18. Две вентильные обмотки трехфазного трехобмоточного трансформатора 1 соединены в прямые звезды. Их нулевые точки подключены, соответственно, к началу и к концу фильтровых дросселей 2 и 3, выполненных с промежуточными отпайками, образующими входные вьшоды инвертора. Свободные концы одной из них подключены к двум смежным по фазе концам другой обмотки через тиристоры 4-9, включенные в прямом направлении. Свободные концы и начало дросселей 2 и 3 подключены к концам прилежащих вентильных обмоток трансформатора 1 через группы тиристоров 10, 12, 14 и 11, 13, 15, включенных в обратном направлении. Коммутирующие конденсаторы 16-18 соединены в треугольник и подключены со стороны третьей (сетевой) обмотки трансформатора 1, соединенной, например, в треугольник. В установивщемся режиме работы инвертора на тиристоры 4-9 подают в порядке их нумерации через 60 эл. град, одиночное управляющие импульсы. Тиристоры 4-9 переключаются поочередно, соответственно, через 60 эл. град, и с длительностью проводящего состояния по 60 эл. град. Запирание проводивщего ток тиристора происходит за счет энергии коммутирующих конденсаторов при отпирании очередного тиристора (как во всех автономных инверторах тока с междуфазовой емкостной коммутацией) (фиг. 2а). Вентильные обмотки трансформатора 1 работают в однотактном режиме с длительностью импульсов тока по 120 эл. град., формируя результирующий трехфазный маг нитный поток (результирующий ампервитки), образованный положительными и отрицательными импульсами по 120 эл. град., разделенными паузами по 60 эл. град, (фиг. 26). Соответственно, на сетевой обмотке трансформатора 1 формируется трехфазная система напряжений, улучшение гармонического состава которого до требуемого уровня обеспечивается фильтрующим эффектом коммутирующих конденсаторов и индуктивностей инвертора (фиг. 2в). / При снижении наУрузки или увеличении входного напряжения происходит возрастание - накопление реактивной энергии в коммутирующих конденсаторах, а, соответственно, и возрастание выходного напряжения инвертора. Для снижения (стабилизации или регулирования), выходного напряжения инвертора необходимо либо сбросить избыточную реактивную энергию коммутирующих конденсаторов в питающую сеть (как в прототипе), либо закомпенсировать ее реактивной энергией индуктивного характера. При подключении тиристоров 10, 12, 14 и 11, 13, 15 между свободными концами входных дросселей и прилежащих вентильных обмоток как раз и получаются два трехфазных нулевых компенсационных выпрямителя, работающих каждый в трехфазном режиме под фазовыми напряжениями вентильных обмоток трансформатора 1 на дросселе 2 и 3 с большой индуктивностью в зарегулированном режиме, т. е. с низким коэффициентом мощности индуктивного характера. Поскольку эти выпрямители работают в дважды трехфазном режиме с проводимостью тиристоров 10-15 по 120 эл. град. и очередностью включения в порядке их нумерации через каждые 60 эл. град., на стержнях магнитопровода (и на сетевой обмотке трансформатора) формируется результирующий коменсационный трехфазный поток (и ток), и обеспечивающий компенсацию избыточной реактивной энергии емкостного характера (фиг. 2 г и б). Регулирование фазового угла включения выпрямительных тиристоров 10-15, причем в небольшом Диапазоне, обеспечивает большой диапазон изменения индуктивногокомпенсационного тока, а, соответственно, и выходного напряжения инвертора. Ограничения по минимально возможному напряжению определяются только коммутационными свойствами силовых тиристоров и в идеальном случае оно может быть близким к нулевому значению. Для снижения габаритов дросселей 2 и 3 их обмотки могут быть выполненными на общем магнитопроводе (фиг. I). Поскольку автономные инверторы тока должны иметь большую индуктивность инверторных секций входных дросселей (подключенных к нулевым точкам вентильных обмоток трансформатора 1 - в пределе- -00), их индуктивность в ряде случаев может оказаться вполне достаточной, для работы выпрямительных тиристоров 10, 12, 14 и 11, 13, 15 в зарегулированном режиме с обеспечением требуемого диапазона изменения, индуктивного тока. В этом случае индуктивность секций дросселей 2 и 3 со стороны выпрямительных тиристоров может быть взята равной нулю, т. е. выпрямительные тиристоры могут быть подключены непосредственно к прилежащим входным выводам инвертора, а соответствующие секции входных дросселей отсутствуют, что, естественно, упростит конструкцию и снизит массогабаритные показатели дроссельного оборудования инвертора. За счет того, что максимальная токовая загрузка дросселей компенсационным током тиристоров 10-15 соответствует режиму короткого хода инвертора с малым входным током и (наоборот), и при этом выпрямительный компенсационный и инверторный токи в секциях дросселей, подключенных к нулевым точкам вентильных обмоток, протекают во встречном направлении, обеспечивается дополнительное снижение установленной мощности и массогабаритных показателей дроссельного оборудования (фиг. 1), Повышение КПД инвертора обеспечивается за счет снижения токовой загрузки инверторных секций входных дросселей (за счет протекания в них разностного тока), а гакже за счет снижения коммутационных потерь, поскольку компенсирующий ток протекает только через дополнительные тиристоры, минуя силовые тиристоры (а в известном трехфазном инверторе тока происходит циркуляция избыточной реактивной энергии по контурам, содержашим последовательно между собой соединенные дополнительные и силовые тиристоры). Формула изобретения Трехфазный инвертор тока, содержащий трансформатор с сетевой и двумя вентильными o6MOTKaivfH, соединенными в две звезды, нулевые точки каждой из которых подключены к одним, концам фильтровых дросселей, выполненных каждый с отпайкой. подключеннои к соответствующему входному выводу, а выводы каждой фазы вентильных обмоток через дополнительные вентили соединены с другими концами соответствующих фильтровых дросселей, причем выводы каждой фазы первой вентильной обмотки связаны через силовые тиристоры, включенные в прямом направлении с выводами двух разноименных фаз второй вентильной обмотки, а также ком.мутирующие конденсаторы, подключенные к сетевой обмотке, отличающийся тем, что, с целью повыше ия КПД и расширения диапазона регулирования, в качестве дополнительных вентилей использованы дополнительные тиристоры, а выводы фаз вентильных обмоток подключены через указанные дополнительные тиристоры к другому концу прилежащего фильтрового дросселя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 265254, кл. Н 02 М 7/12, 1966. 2.Авторское свидетельство СССР № 529532, кл. Н 02 М 7/515, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР JNfo 650187, кл. Н 02 М 7/515, 1975.

V

I

Фиг.1

ti

nn

--7

UUU

i10

U